本文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮的算法研究及通信網(wǎng)絡(luò)仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《山東大學(xué)》 2007年

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮的算法研究及通信網(wǎng)絡(luò)仿真

畢研秋  

【摘要】： 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮是目前新興的研究課題,它隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、電力信息化的發(fā)展、以及廣域信息的應(yīng)用而變得越來越重要。近年來,大批新型自動(dòng)監(jiān)控和保護(hù)裝置被應(yīng)用于電力系統(tǒng),一方面它們提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的自動(dòng)化和信息化水平,另一方面它們產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)以及對遠(yuǎn)程通信的需求,給電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)造成了很大負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)壓縮是解決這一問題的有效措施。研究和應(yīng)用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的負(fù)擔(dān),提高電力通信的實(shí)時(shí)性,加快電力信息化的發(fā)展,提高電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平都具有重要意義。 本文在認(rèn)真總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,努力從電力專業(yè)角度出發(fā)來研究數(shù)據(jù)壓縮問題,充分考慮數(shù)字采樣后得到的電力波形數(shù)據(jù)自身特點(diǎn),對數(shù)據(jù)壓縮方法進(jìn)行廣泛深入的理論分析和應(yīng)用研究,對電力數(shù)據(jù)的無損壓縮和有損壓縮都提出了有效的新方法。最后借助先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對電力通信網(wǎng)進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)后所取得的良好效果。 本文首先分析了Huffman無損數(shù)據(jù)壓縮算法在電力數(shù)據(jù)壓縮中的應(yīng)用現(xiàn)狀,指出Huffman算法存在壓縮比小的缺點(diǎn)。通過充分考慮電力波形數(shù)據(jù)的幅值和出現(xiàn)概率特點(diǎn),結(jié)合信息論中信息熵,指出對電力波形數(shù)據(jù)采用不同進(jìn)制的字符編碼能夠影響壓縮比,推導(dǎo)并驗(yàn)證了在Huffman算法中對常見的電力波形數(shù)據(jù)采用十六進(jìn)制字符編碼比十進(jìn)制字符編碼具有更好的壓縮效果。 為了進(jìn)一步提高無損壓縮的壓縮比,本文借鑒通信理論中常用于語音信號(hào)有損壓縮的增量調(diào)制法,提出了適合電力波形數(shù)據(jù)的高階增量調(diào)制方法,并將其發(fā)展為一種壓縮比很高的無損壓縮算法。該算法采用高階差分和還原運(yùn)算,計(jì)算量小,能有效減小電力數(shù)據(jù)的幅值從而減少壓縮編碼所需字符數(shù)和比特?cái)?shù);特別適用于現(xiàn)代電力設(shè)備高采樣率時(shí)采集的數(shù)字信號(hào),而且輸出的高階差分序列有利于結(jié)合使用Huffman壓縮算法。 在電力數(shù)據(jù)有損壓縮領(lǐng)域,本文針對發(fā)展前景良好的小波包壓縮方法,分析了目前研究中存在的不足,提出應(yīng)當(dāng)注意研究各種熵函數(shù)以搜索最優(yōu)小波包樹,以充分發(fā)揮小波包方法不同于小波方法的特色和優(yōu)勢。本文指出目前常用Shannon熵搜索到的最優(yōu)小波包樹的壓縮效果并不好,而threshold熵的效果更好。本文進(jìn)一步借鑒通信理論中格狀編碼調(diào)制的研究思路,力圖將傳統(tǒng)小波包壓縮算法中各階段的分別優(yōu)化統(tǒng)一為整體優(yōu)化,提出了基于threshold熵的小波包統(tǒng)一閾值壓縮方法。該方法在搜索最優(yōu)小波包樹階段和取舍小波包系數(shù)階段采用統(tǒng)一的閾值,從而保證搜索到的最優(yōu)小波包樹也就是保留小波包系數(shù)數(shù)量最少的樹,因此壓縮比很高,而且誤差較小。仿真實(shí)驗(yàn)表明;與目前利用MATLAB提供的5種熵函數(shù)實(shí)現(xiàn)的小波包壓縮算法相比,本文方法的壓縮比最高,且壓縮比相同時(shí)的重構(gòu)誤差較小。 考慮到電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀以及廣域信息傳輸?shù)男枨?本文利用先進(jìn)的通信仿真軟件OPNET仿真了電力數(shù)據(jù)在變電站內(nèi)的局域網(wǎng)通信以及變電站間的廣域網(wǎng)通信,并以電能質(zhì)量和繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的通信為例,分析不同類型通信網(wǎng)絡(luò)的通信性能,計(jì)算數(shù)據(jù)通信的延時(shí)指標(biāo),對數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)提高電力通信實(shí)時(shí)性的效果進(jìn)行了量化分析。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TM744;TP391.9
【目錄】：

C0NTENTS8-11

摘要11-13

ABSTRACT13-16

第一章 緒論16-27

1.1 課題研究的內(nèi)容和意義16-18

1.2 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮概述18-25

1.2.1 數(shù)據(jù)壓縮原理簡介18-19

1.2.2 電力數(shù)據(jù)的無損壓縮方法綜述19-20

1.2.3 電力數(shù)據(jù)的有損壓縮方法綜述20-23

1.2.4 電力數(shù)據(jù)的無損與有損壓縮方法的結(jié)合23-24

1.2.5 目前存在的問題和研究方向24-25

1.3 本文的主要工作25-27

第二章 電力數(shù)據(jù)的Huffman無損壓縮研究27-43

2.1 引言27-28

2.2 Huffman無損壓縮編碼原理28-30

2.3 Huffman壓縮性能與電力數(shù)據(jù)字符編碼的關(guān)系研究30-36

2.3.1 電力波形數(shù)據(jù)特點(diǎn)和十進(jìn)制字符編碼的Huffman壓縮性能30-32

2.3.2 Huffman壓縮性能與不同進(jìn)制字符編碼的關(guān)系研究32-34

2.3.3 十六進(jìn)制與十進(jìn)制字符編碼時(shí)的Huffman壓縮效果對比34-36

2.4 基于MATLAB的十六進(jìn)制字符編碼Huffman壓縮算例分析36-42

2.4.1 MATLAB簡介36-37

2.4.2 仿真波形數(shù)據(jù)37-38

2.4.3 計(jì)算結(jié)果與分析38-42

2.5 本章小結(jié)42-43

第三章 基于高階增量調(diào)制的電力數(shù)據(jù)無損壓縮43-58

3.1 引言43

3.2 數(shù)據(jù)編碼調(diào)制原理簡介43-46

3.2.1 脈沖編碼調(diào)制(PCM)和差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)44

3.2.2 增量調(diào)制(DM)和自適應(yīng)增量調(diào)制(ADM)44-46

3.3 電力測量數(shù)據(jù)的高階增量調(diào)制壓縮算法46-50

3.3.1 電力測量數(shù)據(jù)高階差分時(shí)的特點(diǎn)46-47

3.3.2 高階增量調(diào)制壓縮算法的基本原理47-50

3.4 高階增量調(diào)制算法用于電力波形數(shù)據(jù)壓縮的性能分析50-54

3.5 算例分析54-56

3.5.1 仿真波形數(shù)據(jù)54

3.5.2 計(jì)算結(jié)果與分析54-56

3.6 本章小結(jié)56-58

第四章 基于小波包理論的電力數(shù)據(jù)有損壓縮58-87

4.1 小波理論簡介59-62

4.1.1 小波理論的產(chǎn)生和發(fā)展59-61

4.1.2 小波分析基本概念61-62

4.1.3 小波的時(shí)頻分辨性62

4.2 小波包基本理論62-65

4.3 基于小波包理論的電力數(shù)據(jù)壓縮研究65-73

4.3.1 小波包數(shù)據(jù)壓縮研究的進(jìn)展65-68

4.3.2 最優(yōu)小波包樹和熵函數(shù)的選擇68-73

4.4 基于整體優(yōu)化思想的小波包統(tǒng)一閾值壓縮方法73-80

4.4.1 整體優(yōu)化的的研究思路73-75

4.4.2 小波包統(tǒng)一閾值壓縮方法的提出75-80

4.5 算例分析80-86

4.5.1 高壓輸電線路故障數(shù)據(jù)的壓縮80-82

4.5.2 低壓配電線路故障數(shù)據(jù)的壓縮82-84

4.5.3 山東省濟(jì)南市的實(shí)際電力負(fù)荷數(shù)據(jù)壓縮84-86

4.6 本章小結(jié)86-87

第五章 基于OPNET的電力壓縮數(shù)據(jù)通信仿真87-115

5.1 OPNET通信網(wǎng)絡(luò)仿真軟件88-92

5.1.1 OPNET仿真軟件簡介88-89

5.1.2 OPNET網(wǎng)絡(luò)通信仿真的主要步驟89-92

5.2 電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的變電站內(nèi)通信92-96

5.2.1 概述92-93

5.2.2 電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)93-95

5.2.3 電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑u估95-96

5.3 基于OPNET的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)變電站內(nèi)通信仿真96-102

5.3.1 共享式10M以太網(wǎng)97-98

5.3.2 交換式10M和100M以太網(wǎng)98-99

5.3.3 考慮背景流量的交換式以太網(wǎng)99-100

5.3.4 數(shù)據(jù)壓縮前后的通信性能對比100-102

5.4 廣域保護(hù)數(shù)據(jù)的變電站間通信102-108

5.4.1 集中式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)104-105

5.4.2 分布式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)105-106

5.4.3 網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)106-107

5.4.4 三種類型通信網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間分析107-108

5.5 利用OPNET的廣域保護(hù)數(shù)據(jù)變電站間通信仿真108-114

5.5.1 仿真模型的建立108-110

5.5.2 OPNET參數(shù)設(shè)置110-111

5.5.3 仿真結(jié)果及分析111-114

5.6 本章小結(jié)114-115

第六章 結(jié)論115-117

參考文獻(xiàn)117-129

致謝129-130

攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文130-131

攻讀博士學(xué)位期間的科研情況131-132

附錄132-142

學(xué)位論文評閱及答辯情況表142

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  本文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮的算法研究及通信網(wǎng)絡(luò)仿真，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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